Edad y geoquímica isotópica Rb-Sr del yacimiento de cobre Mantos

Edad y geoquímica isotópica Rb-Sr del yacimiento de cobre
Mantos Blancos: relación temporal con el magmatismo jurásico
Colombo C.G. Tassinari
Centro de Pesquisas Geocronológlcas. InstHuto de Geoclenclas, Universidad de Sao Paulo,
Calxa Postal 20899, SAo Paulo, Brasil
Francisco Munizaga
Rubén Ramuez
Departamento de Geologla, Universidad de Chile, Casilla 13518, Correo 21, Santiago
Compañia Minera Mantos Blancos SA , Casilla 570, Antofagasta, Chile
RESUMEN
La secuen:;ia volcánica de Mantos Blancos, donde se emplaza el yacimiento estratoligado de Cu( -Ag) Mantos Blancos
fue objeto de un estudio de geoquímica isotópica Rb-Sr con el fin de aportar evidencias respecto a la edad y génesis de
este importanta yacimiento. Edades obtenidas por el método de roca total en diferentes conjuntos de rocas, definidos de
acuerdos a características particulares como tipo de alteración y relación con la mineralización de mena, permiten señalar
lo siguiente: a- la errorcrona obtenida en las secuencias NK (rocas con contenidos normales de K¡O y alteración sódica
menos intensa) indican una edad en tomo a los 175 Ma, que se interpretan como indicativa de la edad de la secuencia
volcánica de Mantos Blancos; b-Ia errorcrona obtenida en la secuencia alterada sódica ANa (rocas con alteración sódica)
en torno de 150 Ma se interpreta como la edad de la alteración hidrotermal que produce metasomatismo sódico y
mineralización de mena; e-los intrusivos que alectan a la Formación La Negra y la secuencia volcánica de Mantos Blancos
habrían sido los responsables del lenómeno térmico que generó el proceso de alteración hidrotermal relacionado a la
mineralización de mena. Razones isotópicas 87SrJ66Sr iniciales, tanto en los conjuntos NK y ANa, como en calcitas asociadas
espacialments a la mineralización permiten afirmar que las soluciones que dieron origen a la mineralización no habrían sido
generadas só!:> por fluidos de origen magmático o de agua de mar. Ellos habrían tenido una evolución dilerente, producto
de mezcla con fluidos meteóricos y/o con aquéllos generados durante el proceso de equilibrio parcial con las rocas de caja.
Palabras claves: Cobre, Edades absolutas, Rb-Sr, Razones "Sr/o'Sr, Estratoligados, Mantos Blancos, Magmat/smo. JurdsJco, Norte de
Chile.
ABSTRACT
Rb-Sr isotopic age and geochemistry of tITe Mantos Blancos copper deposit: temporal relation
of the J urassic magmatism. The Mantos Blancos volcanic sequence, host 01 Ihe stratabound Cu (-Ag) depositol Ihe
same name, has been studied lar its Rb-Sr isotope geochemistry, to provide insights into the age and genesis 01 Ihis
important mineral deposit. Whole rock Rb-Sr ages 01 rock units characterized for their alteration pattem, a1low Ihe lollowing
generalizations: a- errorcrons from Ihe NK unit (rocks wilh normal K¡O contents and wilh little sodic a1teration), yield ages
of ca. 175 Ma, interpreted as the age 01 Ihe host Mantos Blancos volcanic sequence; b- the ages of about 150 Ma obtained
forthe stronglr altered ANa unit(sodic a1teration), are interpreted to represent Ihaage01 hydrothermal alteration responsible
for sodium matasomatism and its associated copper mineralization; e- intrusives emplaced into La Negra Fo,rmation and
Mantos Blanc::ls volcanic sequence may have been responsible lar Ihe thermal event causing Ihe hydrathermal a1teration
process relatsd to Ihe ore mineralization.The initial 87 Srl"6Sr 01 bolh NK and ANa units, and in calcite, which crystallized late
in Ihe paragenetic sequenca 01 Ihe ores, suggests Ihat the hydrolhermal fluids could not hava been pUl'3/y magmatic, nor
01 seawaterorigin, but could represen! me!eoric wa!ers Iha! have partially equilibrated with Ihe hos! lormations, or mixturas
01 different fllids.
Key words: Copper, Absolute ages, Rb-Sr, 01Sr/"'Sr ratlos, stralabounc1s, Mantos Blancos, Magmal/sm, Jurass/c, Norte de Chile.
Revista GfJológice de Chile, Vol. 20, No. 2, p. 193-205, 10 Figs., 2 tablas, Dicle"y,r" 1993.
194
EDAD y GEOQUiMICA ISOTÓPICA RB-SR DEL YACIMIENTO DE COBRE MANTOS ElLANCOS: RELACiÓN TEMPORAL •••
INTRODUCCION
El yacimiento de Mantos Blancos ubicado ca. 45
km al noreste de la ciudad de Antofagasta, Región II
(Fig. 1), es el representante más importante de un
grupo de yacimientos estratoligados de cobre, con
plata subordinada, conocidos como 'tipo manto' y
explotados en Chile desde el siglo pasado. En general, en estos yacimientos los sulfuros de cobre se
distribuyen en forma diseminada en estratos volcánicos y volcanoclásticos sin que se haya podido
determinar hasta la fecha su asociación gen'ética o
temporal con cuerpos intrusivos. El problema mayor
reside en la carencia, en estos yacimientos, de un
mineral que permita obtener dataciones radioisotópicas y as~ discriminar entre los varios modelos
genéticos conceptuales propuestos hasta ahora,
dificultando tanto la evaluación de su potencial
económico como su exploraciÓn.
La datación de un evento mineralizadores uno de
los problemas mas difíciles en la formulación de
modelos metalogenéticos, lo que lleva a tener en
cuenta la siguiente reflexión: "Determination of the
age of ore deposition is so difficult in mar.y cases that
all possible ways of doing so need to be explored"
(Doe in Ruiz et al., 1984, nota' al pie de página).
En el presente trabajo se utiliza el método Rb-Sr,
y el conocimiento teórico de su comportamiento
geoquímico en sistemas fisicoquímicos de temperatura relativamente baja, como una herramienta para
atacar el problema de la edad relativa y absoluta de
la mineralización en estrato ligados y rocas asociadas. También se hacen consideraciones sobre la
caracterización de las posibles fuentes de los fluidos
y restringir grados de libertad de los modelos
geológicos para la génesis de los depósitos estratoligados, conocidos en Chile como tipo manto.
El yacimiento estudiado, perteneciente a la Compañía Minera Mantos Blancos, explota minerales de
cobre (bornita, calcosina) y plata, y está emplazado
en rocas de la secuencia volcánica Mantos Blancos.
Regionalmente, este yacimiento ha sido incluido
dentro de la franja de yacimientos de Cu que se
distribuye en la Cordillera de la Costa de la Región de
Antofagasta (Fig. 1)y ef1l>lazados en rocas volcánicas
predominantemente jurásicas (Boric et al., 1990).
La secuencia volcánica de Mantos Blancos (en
adelante SVMB), es un nombre informal aplicado a
un conjunto de rocas estratificadas, de tipo intermedio a ácido, aparentemente restringido a las inmediaciones del distrito minero de Mantos Blancos. Esta
secuencia volcánica tiene una potencia mínima de
500 m, su base no aparece expuesta y la parte
600
80°
~"
40°
0°
"
Ly "-..
.
.(
lJ
20°
t.
;;:
-
lJ
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lJ
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O
!
50 km
I
FIG. 1. Ubicación del yacimiento Mantos Blancos y otros yacimientos tipo manto emplazados en la Formación La Negra: o ciudades;
• yacimlerrtos de Cu tipo marto; D localidades de Intruslvos en la Fonnación la Negra; l> localidad geológica (mOdificada de Boric
el al., 1990:,.
C.C.G. Tasslnarl, F. Munlzaga y R. Ram/tez
195
superior corresponde a la superficie actual de erosión (Chávez, 1985).
El yacimiento se emplaza en una secuencia
estratificada de rocas volcánicas ácidas a intermedias, de rumbo general N400W y manteo de 25°SW,
que están intruidas por un cuerpo subvolcánico
andesítico, interpretado como 'sill', además de filones mantos dacíticos y abundantes diques
andesíticos que cortan las unidades anteriores.
La alteración hidrotermal relacionada a la mineralización de Cu en la mina de Mantos Blancos, ha
sido descrita ¡:or Chávez (1985) y Ramírez (1991),
como moderaca, dejando evidencias de la textura de
la roca original. Esta se presenta en cuatro tipos
principales: a- sódica, representada por albitización
de los feldespatos y albita en venillas; b-cloritización;
c- una intensa hematitización que se presenta como
especularita diseminada o como hematita roja; dsilicificación generalizada que se manifiesta en agregados microcr stalinos de cuarzo en la masa fundamental de las rocas. Además, existe calcita concentrada en algunas áreas del distrito minero, reemplazando fenocristales y como vetillas en la masa fundamental.
El yacimiento de Mantos Blancos cuenta con
abundante información de subsuperficie y un mapeo
adecuado de sus unidades litológicas operacionales,
condiciones indispensables para hacar un estudio
detallado del comportamiento del sistema isotópico
17Rb/,eSr. Esto permite aportar nuevos antecedentes
respecto a su edad y génesis, al mismo tiempo definir
un modelo que lleve a entender mejor el comportamiento isotópico y su valor geocronológico en otros
yacimientos del mismo tipo.
Se efectuó un muestreo en las 'ocas obtenidas de un sondaje profundo de exploración, y se
analizaron calcitas de tamaño centimétricos recolectadas de muestras con minerales de mena (Tabla 1);
paragenéticamente estas calcitas pertenecerían a la
etapa mastardía de la mineralización (Chávez, 1985).
En sentido estricto, no existen rocas frescas en la
SVMB; sin embargo, de acuerdo a la alteración en las
unidades operacionales (Ramírez, 1991), se muestrearon dos tipos, uno que petrográficamente corresponde, en su mayor parte, a andesitas, considerado
no alterado por presentar, en general, valores de
%KzO entre 1,26 y 3,14 (en adelante N-<:); y otro, que
petrográficamente corresponde, principalmente, a
dacitas cuarcíferas con alteración sódica las que
presentan valores de concentración de NazO en
general superiores a 6,2% y concentraciones de KzO
predominantemente inferiores a 1% (en adelante
ANa). En la figura 2 se proyectaron estos conjuntos
de rocas alteradas en función de ruones NaPI
TABLA 1. DESCRIPCION DE MUESTRAS DE SONDAJE PROFUNDO DE EXPLORACION. CONTENIDOS DE SiOz'
NazO, KzO, 17Sr/MS r•
Cota
en sondaje
599
574
586
556
520
496
472
424
352
340
328
316
304
292
280
Muestra No.
SP-2
SP-5
SP-7
SP-10
SP-16
SP-20
SP-24
SP-34
SP-44
SP-46
SP-48
SP-56
SP-58
SP-60
SP-62
Roca
Alteración
Dacita cuarcffera
ANa
<C
<C
<C
<C
<C
<C
<C
<C
<C
<C
<C
<C
Andesita basal
<C
<C
NK
<C
<C
<C
<C
<C
<C
<C
<C
<C
<C
<C
<C
%SiOz
69,5
55,05
50,5
73,02
75,5
67,45
76,29
54,20
41,84
40,16
40,89
53,02
51,70
56,99
53,09
NK: muestras con contenido normal de potasio; ANa: muestras con alteración sódica.
%NazO
%Ka°
6,78
6,69
6,24
5,23
6,20
6,96
7,01
7,37
6,78
6,47
6,74
5,11
5,06
4,66
4,84
0,02
0,04
0,94
2,66
1,46
0,71
0,10
0,06
1,26
2,0
2,56
2,39
3,43
2,84
3,14
17Srl"Sr
0,70530
0,70571
0,71452
0,70632
0,70975
0,70730
0,70636
0,70515
0,70659
0,71374
0,71119
0,70870
0,71132
0,71061
0,71169
196
EDAD y GEOQUfMICA ISOTÓPICA Re-SR DEL YACIMIENTO DE CoeRE MANTOS BuNCOS: RELACiÓN TEMPORAL •••
Nap+Kp versus cota en el sondaje de exploración
profundo, observándose, claramente, dos poblaciones diferentes con un cierto traslape, debido, probablemente, a algún tipo de in homogeneidad de las
muestras.
600
..
•
•
•
•
•
500
A~f'OClón
•
'0
-g
¡¡
¡¡
,ódiC<I
•
•
400
~
o
u
300
o
0°
No OIterado
• ANo
FIG. 2. Na.0lNa.o + K.O versus cota, dentro del sondaje de exploración profunda, de las rocas recolectadas (datos en
tabla 1).
o
200
0,5
0,_
0,7
0,9
0,.
NK
1,0
Noz o/ NOZO + KZO
ASIGNACION ESTRATIGRAFICA DE LA SECUENCIA VOLCANICA DE MANTOS BLANCOS
Las correlaciones de la secuencia volcánica de
Mantos Blan~os (SVMB) son tentativas y se basan,
principalmente, en similitudes litológicas. Chávez
Sedimentos recientes
Formación Augusta Victoria
(García, 1967)
Formación La Negra
(García, 1967)
Formación Cerros de Cuev~as
(Mufloz et al., 1988)
Secuencia volcánica de
Mantos Blancos
(Chávez, 1985)
Estratos del Salar de Navidad
(Ferraris y Di Biase, 1978)
(1985), obtuvo edades K-Ar de 147 a 149 Ma en
diques que cortan la secuencia volcánica permitiendo asignar a éstas una edad mínima jl..rásica media.
Con este antecedente, Chávez (1985) las correlacionó
con rocas queratofídicas asignadas al Triásico Inferiorque habían sido descritas en 'el norte de Chile por
Harrington (1961) Y Chong (1973). En consecuencia,
de acuerdo a los datos radioisotópicos,la posición de
esta secuencia, en la columna estratigráfica integrada de la región, es bajo los Estratos de Rencoret,
asignados al Hettangiano por Tobar (1966) y sobre
los estratos de Navidad asignados al Permo-Carbonífero por Chong y Cecioni (1976). De acuerdo a
este esquema la edad de la SVMB estaría comprendida entre el Pérmico y el Jurásico Inferior.
Boric et al. (1990) afirmaron que ellacimiento de
Mantos Blancos está emplazado en la Formación La
Negra. El contraste litológico, sin emb3rgo ha impedido que esta idea prospere. Muñoz et al. (1988)
llamaron la atención indicando que existen litologías
semejantes a la SVMB en la base de la Formaciól') La
Negra. Sin embargo, Ramírez (1991) propuso intercalar la secuencia de Mantos Blancos bajo la Formación Cerros de Cuevitas y sobre los estratos de Salar
de Navidad (Fig. 3).
Rogers (1985), en un estudio geoCTonológico de
la Formación La Negra, presentó una edad Rb-Sr
isócrona roca total, de 186±14 Ma y señaló, además,
que está intruida por cuerpos de gl'3nitoides con
edades Rb-Sr isócrona roca total, en tcrno a 150 Ma.
Maksaev (1990) también presentó datos K-Ary Ar-Ar
FIG. 3, Columna estratigráfica interpretativa e integrada (no a
escala) de las principales unidades recOllocldas en el área
(Ramlrez, 1991)
C.C.G. Tasslnan. F. Munlzaga y R. Ramlrez
197
para intrusivos que cortan la Formación La Negra,
obteniendo valores semejantes.
De acuerdo con estos antecedentes geológicos y
radioisotópicos tanto la SVM B como la Formación La
Negra serían más antiguas que el Jurásico Medio y
mas joven que el basamento permo-carbonífero.
PROCEDIMIENTOS ANALITICOS
Los análisis isotópicos de Sr se efectuaron en
laboratorios del Centro de Pesquisas Geocronológicas del Instituto de Geociencias de la Universidad de Sác Paulo. Las muestras colectadas para
determinar Rb-Sr fueron analizadas mediante
fluorescencia de rayos X, bajo las condiciones expuestas previamente por Kawashita (1972), usando
un instrumeMo marca Philips con tubo de W y utilizando como estándares de referencia las muestras
PCC-1, GSP-1 y DTS-1. Los errores de acuerdo a
este método se estiman en un 2% para concentraciones entre 50 y 500 ppm; para concentraciones menores, se utilizó el método de dilución isotópica con
trazadores e,riquecidos en Rb y Sr.
La separación de Sr para el análisis isotópico, se
realizó en columnas intercambiadoras de iones,
constituidas por resinas Dowex- 50V-X8 de
granulometría de 200 y 400 mallas en ambiente
ácido (HCI) (Kawashita, 1972). La composlclon
isotópica de Sr fue medida en un espectrómetro de
masa Micromass VG-354 con multicolector, permitiendo una reproductibilidad variable en la quinta
cifra decimal. Todos los valores de I1Srf84'Sr se normalizaron para un valor de IISrf84'Sr igual a 0,1194.
En el período de análisis de estas muestras se
efectuaron 24 medidas de la razón 17Sr/IISr de la
muestra estándar internacional NBS-987,
obteniéndose un valor de 0,71025 ± 0,00004. Los
cálculos de las edades se hicieron mediante el método de ajuste de curvas desarrollado por Williamson
(1968). Las constantes empleadas para el cálculo de
edades son las recomendadas por Steiger y Jager
(1977): )..87Rb= 1,42 x 10·\1 años·' . Para el cálculo de
dilución isotópica se utilizó el valor 2,5962±O,0037
para la razón 15Rb/87 Rb.
GEOaUIMICA ISOTOPICA DE Sr
El métod::> de datación Rb-Sr por medio de isócronas está descrito en detalle en Faure and Powell
(1972). La a~licación geocronológica de este método
considera des premisas básicas: a- todas las muestras forman parte de un mismo sistema isotópico
homogéneo de Sr, y por lo tanto, tienen inicialmente
el mismo valor 87Srf84'Sr, y b- el sistema en que se
encuentran ss cerrado, no habiéndose producido
más cambios isotópicos que el decaimiento de '7Rb
a 87Sr. Si se cumplen estas dos condiciones,se obtiene una correlación perfecta entre 87Sr/18Sr y '7Rb/86 Sr
(Dodson, 1992).
La realización de estudios geocronológicos en
los yacimientos de cobre tipo manto, presentan dificultades de- interpretación, debido a la baja intensidad de la altsración (Munizaga st al. 1988). Esto se
traduce en sistemas isotópicos perturbados y/o parcialmente abiertos, cuya composición isotópica
resultante ssrá una mezcla entre la composición
isotópica de las rocas originales y la composición
isotópica de las soluciones que participan del proceso de alteración y mineralización. Estetipo de problemas ha dificultado la interpretación de la edad de la
mineralización en el yacimiento de Mantos Blancos
ya que no existen minerales de mena que puedan ser
datados.
Debido a la falta de minerales ideales para
datación por otros métodos, se usó el método Rb-Sr
de isócrona roca total. Las muestras recolectadas se
proyectaron e interpretaron en diagramas isocrónicos;
en ellos se definieron rectas que deberían ser consideradas isócronas de acuerdo a: programa de
Williamson (1968), pero debido a su alto MSWD, son
consideradas más bien errorcronas (Brooks st al.,
1972). El MSWD corresponde a la medida del grado
de dispersión que tienen los valores de las razones
isotópicas respecto a una recta de correlación perfecta según el método de Williamson (1968). La
198
EDAD y GEooulMICA ISOTÓPICA Ra-SR DEL YACIMIENTO DE COBRE MANTOS 8t.ANCOS: RELACIÓN TEMPORAl. •••
diferencia entre isócrona y errorcrona está dada de
acuerdo al valor del MSWD. Valores del MSWD
mayores que 2 ,5 son considerados errorcronas de
acuerdo a Brooks et al (1972). Sin embargo, este
parámetro depende de la incerteza de las medidas
de las razones isotópicas; en otras palabras, aquéllos que trabajan con razones isotópicas medidas
con mayor error, tendrán más posibilidad de obtener
isócronas (Kullerud, 1991).
Es muy importante enfatizar, que debido a la
intensidad y grado de la alteración que afecta a los
yacimientos tipo manto, es probable que éstos no
fueron sistemas fisicoquímicos cerrados, ya que la
mineralogía de estos yacimientos corresponde a un
ejemplo de sistemas abiertos no en equilibrio. Por
esta razón, es improbable que se pueda haber llegado a la homogenización isotópica total, lo que podría
explicar las e'rrorcronas obtenidas.
RESULTADOS ISOTOPICOS
Se presentan 22 análisis isotópicos de Sr, en
roca total y en calcitas asociada a la mineralización
de mena. Las muestras provienen de: a- la zona
mineralizada en el interior de yacimiento (en adelante llamadas IMIN) y b- del sondaje profundo, donde
se separaron dos conjuntos de rocas uno con alteración sódica (ANa) y otro considerado no alterado
(NK) (Tabla 2; Fig. 2).
El tratamiento de las razones isotópicas de Sr y
Rb mediante diagramas isocrónicos e interpretados
según el método de Willamson (1968), produjo sólo
errorcronas con un alto valor del MSWD; por esta
razón, no es aconsejable usar los errores, tanto en
las edades como en las razones iniciales. Sin embargo,en algunos diagramas, debido a la disposición
espacial de las razones isotópicas ~n el diagrama
isocrónico, se indican los errores analíticos.
A pesar de la dispersión de los datos en los
diagramas isocrónicos,los resultados o::>tenidos son
coherentes con la geología y coinciden:es con otros
datos radio isotópicos previamente obten dos por otros
métodos (Munizaga et al, 1991).
T ASLA 2. CONTENIDOS DE SrV Rb, RAZONES ISOTOPICAS
"Srl'"Sr V "RbI''Sr DE MUESTRAS DE MANTOS
BLANCOS.
Mue.tra No.
Sr
Rb
ppm
I7RbI"Sr
ppm
MB-13210
MB-13210
MB-13226
MB-13227
MB-13230
MB-20
MB-10
MB-2
MB-7
MB-05
MB-16
MB-24
MB-34
MB-46
MB-44
MB-58
MB-62
MB-48
MB-56
MB-60
MB-13233*
MB-13232*
261
221
12
32
163
31
7,9
1,4
88
2,0
41
3,5
2,4
100
34
108
97
51
63
109
53
42
78
148
127
52
83
69
75
120
71
141
147
118
14,8
10,1
0,33
1,72
11,1
1,13
0,15
0,03
4,94
0,Q7
1,72
0,12
0,05
4,04
0,69
2,13
2,38
2,91
1,12
2,42
n
86
101
151
47
n
223
120
I7Sr'"Sr
0,74184
0,72783
0,70595
O,708n
0,72856
0,70730
0,70532
0,70530
0,71452
0,70571
0,70975
0,70636
0,70515
0,71374
0,70659
0,71132
0,71169
0,71119
0,70870
0,71061
0,70555
0,70567
'Calclta
DIAGRAMAS ISOCRONICOS
El conjunto de muestras NK, proyectadas en un
diagrama isocrónico Rb-Sr, se dispone próximo a
una recta con una inclinación que representa una
edad cercana a 175 Ma con una razón inicial 87S r¡aeS r
de 0,7052 (Fig.4).
Los análisis Rb-Sr de las dacitas cuarcíferas,
pertenecientes al conjunto ANa en el diagrama
isocrónico, definen una recta de edad 150 Ma y con
una razón inicial de Sr de 0,7056 ± 0,0001 (Fig 5).
Aunque los datos no se presentan come puntos bien
alineados, la correlación entre ellos se considera
confiable en vista a que los puntos tienen buena
distribución espacial. El valor de la razón inicial es
bastante preciso debido a la existencia de cinco
puntos muy cercanos al origen. De una 10rma análoga, las rocas recolectadas en el interior de la mina
pertenecientes al conjunto IMIN son consistentes
con una edad por roca total Rb-Sr de 158 ± 6 Ma con
C.C.G. Tasslnar/, F. Munlzaga y R. Ramlrez
199
0,730
....
~
Mantos Blancos NK
i::
(/)
¡g
Il'
0,717 ~
T : 175 Ma
Sr i: 0,7052
MSWD: 35
~
0,720
0,713
.--
."0
0,709
Mantos Blancos ANa
T : 150 Ma
Sri : O,7056:tO,OOOI
'MSWD : 20,13
.----~
•
0,705 0~----'------'-2---3'----..I.4----"5
FIG. 4. Diagrama isocrónlco en secuenda volcánica NK de Mantos
Blancos.
0,700
87Rb/66Sr
_ _-I.I_ _.l...-_-'1 _--'_ _.J.I_--.JI
0 2 4
6
I
~_--'
FIG. 5. Diagrama Isocrónlco de rocas oan a1te-adón sódica de
Mantos Blancos.
....
0,75
(/)
ID
(Q
Mantos Blancos IMIN
......
0,73
/""
0,72
./
/
0,71
0,70
IMIN Y ANa
i'
0,74
0
0,75
,}j
0,74
...Vl
~
O)
0,73
r'158:t6 Mo
Sri: 0,705210,0001
o.n
MSWD: 8
o
0.71
8 7Rb/ 86 Sr
10
20
0,70
IMin
• ANa
~
4>'.
I
0
10
20
FIG. 6. Diagrama Isocronlco Rb-Sr roca total Interior mina Mantos
Blancos.
FIG. 7. Diagrama Isocronlco de muestras 1M IN y ANa.
razón inicial de Sr de O,7052±O,0001 (Fig. 6).
Las edadea y las razones iniciales de estos dos
conjuntos (IMIN y ANa) son semejantes y, al ser
proyectados juntos en un mismo diagrama isocrónico,
definen una recta con una inclinación cercana a una
edad de 155 Ma y una razón inicial de 0.7050 (Fig. 7).
DISCUSION DE LOS RESULTADOS
Al observar los valores de K2 0 y Na2 0 versus
cota de la muestra en el sondaje de exploración
profunda se puede apreciar que el contenido de K es
mayor en la parte profunda del sondaje, mientras que
en la parte superior existe una mayor cantidad de Na.
Esto ha sido interpretado como producto de una
alteración sócica de mayor intensidad en la parte
superior de las secuencias atravesadas por el son-
daje de exploración profunda (Fig. 2).
La influencia de los cambios químicos en las
razones isotópicas actuales de 87Sr/IIISSr, se manifiesta en el aumento del valor de ellas hacia la parte
profunda del sondaje que es la más rica en K (Fig. 8).
Como estos valores de K2 0 son semejantes a los
encontrados regionalmente en las rocas volcánicas
de las zonas aledañas (Chávez, 1985), significaría
EDAD y GEOQUIMICA ISOTÓPICA RB-SR DEL YACIMIENTO DE COBRE MANTOS BlANCOS: RELACiÓN TEMPORAL ...
200
...
O
E
600
Gi
••
'O
~
500
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Gi
~
400
•
O
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¡: 300
2
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200
0.704
•
•
•
• •
•
.c
cambios menores en las edades, pero lo más importante es que ninguna de las errorcronas aquí obtenidas presentó un MSWD mayor que 8,8, hecho que
permite comparar los resultados .
La edad Rb-Srde 175 Ma (Fig. 4) obtenida en las
rocas de la unidad operativa andesita basal del
sondaje de exploración profundo, correspondiente al
conjunto NK, es comparable con la isócrona Rb-Sr
roca total de 186±13 Ma de la Formación La Negra
obtenida por Rogers (1985) (Fig.9) _
•
•
• ••
0,712
0,708
87S r /86S r actual
•
0,716
0.710
FIG. 8. Raz0/l95 "Sr/IBSr V9rsus cota de las muestras en sondaje
de exploración profunda.
que la alteraci:)n hidrotermal fue incipiente en estas
cotas de la secuencia, aumentando el Na20 , pero no
alcanzó a rem::>vilizar el KP, lo que se manifiesta en
la preseNació1 de razones 87Srl'eSr originales de las
rocas. Mientras que aquellas rocas pertenecientes al
conjunto ANa, con más cantidad de Nap y menos
KP, habrían experimentado una lixiviación del K al
producirse el aporte de Na.
De acuerdo a lo anterior, una interpretación
geocronológica posible de las edades obtenidas
sería que: a-las rocas del conjunto NK definen, en el
diagrama isocrónico, una recta cuyo valor representaría la edad je la secuencia volcánica de Mantos
Blancos, ya que preseNan las razones isotópicas, y
b- el conjunto ANa habría lixiviado su K al'producirse
la entrada de Na. La edad obtenida para este conjunto de rocas ANa, sería la correspondiente a la
albitización que acompaña la mineralización de mena,
ya que la albitización puede provocarhomogenización
isotópica de Sr, en las rocas afectadas por ese
proceso.
Las edades obtenidas en las rocas del sondeo de
exploración ~ofunda, a pesar de ser errorcronas,
que reflejan la perturbación del sistema isotópico RbSr, pueden ser comparadas con los datos
preexistentes en el área, especialmente con los
obtenidos por Rogers (1985) y Maksaev (1990) en la
Formación La Negra e intrusivos que la afectan.
Con el fin de obseNar la influencia de la diferencia en los erro-es analíticos de las razones isotópicas
87Srf88Sr entre Rogers (1985) y este trabajo (2% y 1%,
respectivamente), se han analizado los datos Rb-Sr
de Mantos Blancos, con un error de 2% en el programa de Williamson (1968), lo que produce algunos
i''::
Formación La Negra
.,...'"
Edod : 186, ~ ~ 13,6 Mo
R; :
O.70~15. O , OOOZ~
MSWO:
~,2
FIg. 9. Isócrona de la Formación La Negra de acuerdo a Rogers
(1985).
La edad de esta última puede ser interpretada
como correspondiente al emplazamiento de las lavas. Una posible objeción a esta interpretación, sería
que el metamorfismo de carga o alteración regional,
podría haber distorsionado la composición isotópica;
sin embargo, los estudios de geoquímica de elementos mayoritarios de las rocas seleccionadas para
análisis isotópico, muestran tendencias de variación
coherentes con rocas no alteradas por procesos de
metamorfismo de carga y no presentan fenor.ristales
de plagioclasas albitizadas (Rogers, 1985).
Si se comparan los valores de las isócronas
obtenidas en la Formación La Negra (186±13 Ma) y
las NK de Mantos Blancos (175 Ma), no es posible
diferenciarlas analíticamente y podrían corresponder al mismo evento; su diferencia es la razón inicial
87Srl'eSr, que es de O,7031± 0,0002 para La Formación La Negra y de 0,7052 para las NK.
Si se acepta que la razón inicial 87Srf88Sr es la
principal diferencia entre la Formación La Negra y la
SVMB, se puede calcular una edad Rb-Sr modelo
C.C.G. Tasslnarf, F. Munlzaga y R. Ram(rez
usando la razón inicial de la Formación La Negra. La
edad modelo así obtenida de 195 Ma, permite pensar
que si la SVMB hubiera tenido, antes de la alteración,
la misma razón inicial 87Sr/86 Sr de la Formación la
Negra, su edad sería también concordante con la
edad de la Formación La Negra.
Al observar lo que sucede en otros yacimientos
emplazados en la Formación La Negra, como la mina
Susana, distri:o de Carolina de Michilla, donde también se han :>btenido datos radioisotópicos de la
secuencia volcánica alterada, asociada a mineralización, ésta pi esenta una isócrona Rb-Sr de 173±1 9
Ma (Venegas et al., 1991), que es comparable a la
obtenida en ~antos Blancos. Además, se han obtenido edades 4>lAr_3DAr en granos de minerales aislados, constituidos por albitas de alteración hidrotermal,
indicando edades de 1 42±2 Ma (Venegas et al. 1991),
semejante a 1:> que se observa en Mantos Blancos
donde se obtienen edad.es de 146 ± 1 Ma en albitas
de la andesita basal (Munizaga et al., 1991).
Regionalmente, las secuencias de la Formación
La Negra han sido afectadas por intrusiones, en que
se han obtenido edades Rb-Sr isócrona roca total de
los plutones de Gatico (1 58± 6 Ma), Tocopilla (1 55±1 4
Ma) y Sierra da la Cruz{1 56±31 Ma) (Rogers 1985 ).
Además, edades 4°Ar_3D Ar en biotitas de los intrusivos
de Gatico, Guanillos y Cobija presentan espectros de
Ar liberado por 'steps' que permiten interpretar edades de plateau que varían entre los 161±0,4 y 165 ±1
Ma (Maksaev et al., 1988; Maksaev, 1990). Esto
permite obser/ar que existe coherencia entre la edad
obtenida para las volean itas de la Formación La
Negra y las edades obtenidas por diferentes métodos radioisotápicos para los plutones que intruyen a
esta formació,.
La SVMB está intruida por granodioritas que se
disponen al NNE y suroeste del yacimiento. En
algunos de ellos se obtuvieron edades K-Ar de 147149 Ma. También se han obtenido valores semejantes en diques anfibólicos dentro de la mina que
presentan ed3des de 147-149 ± 13 Ma (Chávez,
1985). En resumen, se puede afirmar que los
intrusivos que afectan la Formación La Negra y la
SVMB, presentan edades semejantes así como también las albitas de alteración hidrotermal recolectadas en ambas secuencias.
Las rocas 31teradas de la SVMB , correspondiente a las ANa producen una isócrona Rb-Sr de 150
Ma, y las IMIN de 158 Ma. Estos valores difieren de
los obtenidos en las rocas no alteradas y, probable-
201
mente, están influidos por procesos relacionados a
su alteración.
Otra forma indirecta de estimar la edad de la
alteración hidrotermal es aplicar el mé:odo de Ruiz el
al. (1 984) para calcular la edad de la l"1ineralización,
usando la razón I7Sr/88 Sr de las calcitas que acompañan la mineralización como razón inicial y que
representaría la razón inicial de los fluidos que dieron
origen a la calcita, y usar el valor de la razón actual
87Sr/88 Sr de las rocas de caja, representadas en este
caso por la muestra MB-48. Se obtiene, de este
modo, una edad Rb-Sr modelo, de 140 Ma, edad que
está en el intervalo de la edad de alteración sódica,
y que debe ser considerada como una aproximación
debido a la incertidumbre del método.
Otra evidencia de procesos hidro:ermales en el
área es la observada por Maksaev (1 990). Al referirse a la mineralización de la Cordillera de la Costa, en
la Región 11, expresó que los datos radioisotópicos
muestran que las vetas de cobre se formaron en el
Jurásico Medio a Superior durante el enfriamiento de
plutones de dimensiones batolíticas, emplazados en
las secuencias del arco volcánico jurásico de la
costa. Se observa, así, que la edad Rb-Sr de las
rocas NK e IMIN,la edad modelo según el método de
Ruiz et al. (1984) Y las edades obtenidas por el
método Ar-Ar en albitas de alteración :1idrotermal en
Mantos Blancos como en Carolina de Michilla y las
vetas de cobre descritas por Maksaev (1 990), están
dentro de un mismo intervalo de valores en torno a
150 Ma.
Estas coincidencias entre edades Rb-Sr de las
rocas alteradas y las Ar-Ar de albitas de alteración
hidrotermal, las hace compatibles co, una génesis
asociada al proceso térmico que prowcen los intrusivos graníticos que afectan a la Formación La Negra
y la SVMB. Sin embargo, con les datos obtenidos en
este trabajo, no es posible afirmar ni excluir la posibilidad que antes del plutonismo de ti¡::o batolítico no
existiera alguna forma de mineralización de cobre en
la Formación La Negra o en la SVMB.
Un intento de correlacionar la evolución de 87Srcon
los procesos de alteración, en el área de Mantos
Blancos, se entrega en la figura 10. En ella, el valor
próximo a los 150 Ma, representaría la época de
alteració'n hidrotermal que afectó a e¡;as rocas, porque procesos de este tipo abren el sistema Rb-Sr
provocando un empobrecimiento de Rb y rápidamente el sistema vuelve a cerrarse evolucionando
como un nuevo sistema.
202
EDAD y GEOOUrMICA ISOTÓPICA Ra-SR DEL YACIMIEKTO DE COaRE MAKTOS BlANCOS: RELACiÓN TEMPORAL
0.740
(.
...'" 0. 720
O'~----::'~!:;-----::'OO!;;;. ---t,~¡;-----J"O
Mo
FIg. 10. Diagrama de evolución Isotópica de Sr en función del
tlelT4lO para los conjuntos NK. ANa e IMIN.
Lo anterior puede ser observado con facilidad en
el diagrama de evolución isotópica de Sr en función
del tiempo geológico correspondiente a los conjuntos de ANa y NK (Fig. 10). Es posible deducir que
cuando ocurrió el proceso de mineralización asocia-
oo.
do a la alteración hidrotermal, que aporta Na y
moviliza K y Rb, el nuevo sistema se cierra con una
razón Rb/Sr más baja, produciendo una evolución de
la razón I7Srl"Sr más lenta y, de acuerdo a eso, una
Irnea evolutiva con menor pendiente. Además, esta
hipótesis es corroborada por las edades Ar-Ar y K-Ar
en plagioclasa~ con valores en torno a 146 Ma de
rocas de las secuencias alteradas de Mantos Blancos presentadas por Munizaga et al. (1991), y que
ellos sugirieron como la época del ultimo evento
térmico importante que ocurrió en el área, relacionado al proceso responsable de la mineralización de
mena.
El hecho de que el punto inicial.de recta ANa se
sitúe sobre lacurvade evolución isotópicaNK(Fig. 10),
sugiere que las rocas del conjunto ANa se originaron
a partir de rocas del conjunto NK debido a los
procesos de alteración hidrotermal.
GENESIS DE FLUIDOS
Las características del ambiente de arco volcánico donde se emplaza el yacimiento de Mantos Blancos, permiten suponer que los tipos de soluciones
involucrados en la mineralización de Mantos Blancos podrían ser: a- fluidos magmáticos, b- aguas
meteóricas, c- fluidos generados por metamorfismo
de carga y d- agua de mar. Estos fluidos, independiente del val:>r de la razón isotópica que tengan
desde su fueme, pueden haber sido modificados de
acuerdo al tipc de roca con que interactuaron durante su recorrido o debido a posibles mezclas con otro
tipo de fluido.
El estudio de isótopos de Sr, aplicados en minerales de ganga que no poseen Rb en su retículo
cristalino, como en el caso de las calcitas, han
demostrado ser útiles para obtener la razón inicial
I7Srl"Sr de los fluidos mineralizadores, debido a que
la composición isotópica de Sr no se alteró, o experimentó cambbs menores desde su formación hasta
hoy día (Kessen et al., 1981).
Las razones iniciales I7SrfleSr permiten restringir
las posibles fuentes de los fluidos que dieron origen
a la mineralización de mena. Los posibles fluidos
participantes serían: magmáticos asociados al emplazamiento de la Formación La Negra, que presentan valores de 0, 7031± 0,0002, Y los asociados a los
plutones graníticos, que intruyen la Formación La
Negra y que presentan valores entre 0,7033 ±0,0001
y 0,7041±0,0005 (Rogers, 1985). Las rocas de la
SVMB presentan valores de 0,7052±0,0001 para las
'no alteradas' (NK) y 0,7056±0,0001 para las que
presentan alteración sódica (ANa).
Las razones 17Srf88Sr de calcitas asociadas a la
mineralización de mena presentan valores de 0,7056,
que representan la razón inicial de los fluidos que
precipitaron los carbonatos durante la mineralización.
Esto significa que los fluidos que dieron origen a la
mineralización en Mantos Blancos, no pueden explicarse como provenientes sólo de soluciones magmáticas, sino que han tenido una evolución producto
de mezcla con fluidos de distintos orígenes, que
probablemente sean meteóricos, y/o de la interacción
que han experimentado las soluciones con las rocas
de caja durante su camino previo a la mineralización
en el yacimiento de Mantos Blancos.
Tassinari et al. (1990) mostraron que la relación
entre la razón I7SrfleSr en soluciones hidrotermales
debido a procesos de interacción agua - roca, reflejan la composición isotópica de las rocas de caja con
que interactuó al momento de la cristalización. En
este sentido, se calculó la razón I7Srf88Sr de la Formación La Negra hace 150 Ma atrás, para comparar-
C.C.G. Tasslnar., F. Munlzaga y R. Ramlrez
203
lo con la razón inicial que presentan las rocas
mineralizadas, obteniéndose un valor de 0,7041,
que es más :lajo que la razón de las calcitas y las
rocas alteradas. En resumen, para explicar la razón
inicial de las rocas y minerales asociados a la
mineralizacién de mena es necesario que los fluidos
se hayan mezclado con otros fluidos con razones
isotópicas de 17SrJB6Sr mayores que los asociados al
volcanismo curante el emplazamiento de la Formación La Negra, y también mayores que los asociados
al plutonismc que afecta a la Formación La Negra.
Chávez (1985), basado en los estudios paleogeográficos ce Frutos y Tobar (1973), propuso que el
agua de mar sería el responsable de la albitización y
cloritización en elyacimiento, y a que la litoestragrafía
de la mina sLgiere que Mantos Blancos estuvo al o
cerca del nivel del mar mientras se producía el
volcanismo. Posteriormente, Chávez (1986) propuso que la mineralización habría estado relacionada
con los con los intrusivos subvolcánicos y/o, alternativamente, a los fluidos generados durante el
metamorfism~ de carga de la SVMB. Sin embargo,
las razones isotópicas de las calcitas presentan
valores menores que el valor de agua de mar dado
para el Jurásico, que sería de ca. 0,7078 (Burke et
al., 1982), lo cual no impide la participación de agua
de mar, pero indica que su influenc"a sería menor.
Estudios de isótopos de C en calcitas no favorecen
la hipótesis de agua de mar (Munizaga et al. en prep.)
La naturaleza de los fluidos mineraJizantes es
sugerida por la composición isotópica I7SrJB6Sr inicial
de las rocas alteradas hidrotermalrrente. La razón
inicial I7Sr¡aeSr de la isócrona de r':lcas alteradas
ANa, que correspondería a la edad de la mineralización, es de O, 7056±O,0001, valor que coincide con el
obtenido en las calcitas asociadas a la mineralización
que presentan razones de O,7057±O,0001 y
O,7059±O,0001. Si se acepta que los valores obtenidos en las calcitas representan la composición
isotópica de Sr en el momento de 13 cristalización
(calcita fase mineralógica que no contiene Rb), se
puede concluir que los fluidos hidrotermales se
homogeneizarán, isotópicamente, con las rocas de
caja al momento de producirse la mineralización
durante el proceso hidrotermal.
CONCLUSIONES
La edad del emplazamiento de la secuencia
informal volcánica de Mantos Blancos, estaría representada por la edad de 175 Ma de las rocas 'no
alteradas' NI( y que analíticamente sería la misma
para las rocas de la Formación La Negra. Esta edad
podría llegar a 190 Ma si se considera la edad Rb-Sr
modelo de es:as rocas al considerar una razón inicial
semejante a a de la Formación La Negra.
Los intrusivos que rodean la SVMB presentan
edades entre 147 y 149 Ma y son semejantes a los
diques que a;>arecen dentro de la mina que tienen
edades de 147-149 ±13 Ma, y que se supone relacionados genéti:::amente con los intrusivos periféricos
de acuerdo a lo sugerido por Chávez (1985).
Los intrusivos produjeron un efecto térmico que
estaría relacbnado con los procesos de alteración
hidrotermal cue afectan el yacimiento de Mantos
Blancos. La errorcrona roca total Rb-Sr obtenida en
las rocas con alteración sódica, entrega una edad de
150 Ma, y los 140 Ma obtenidos para la edad de la
mineralización según el método de Ruiz et al. (1984) .
Ambas edades son similares a la edad del evento
térmico generalizado producido por los granitoides
que intruyen claramente la Formaci:)n La Negra y
que estarían produciendo el mismo evento termal en
la SVMB. Esto es también concordante con las
edades de 146 ± 2 Ma, Ar-Ar gas total, de las albitas
de Mantos Blancos obtenidas por Munizaga et al.
(1991 ).
Se concluye, entonces, que el yacimiento de
Mantos Blancos se habría formado a partir de una
mezcla de fluidos que interactuaron con las secuencias volcánicas que conforman las rocas de caja.
Con estos resultados, sólo se puede afirmar que
la actual distribución y concentració, de Cu, en el
yacimiento de Mantos Blancos, se habría generado
alrededor de los 150 Ma. Sin embargo, los datos
isotópicos presentados no permiten excluir la existencia previa de una concentración anómala de
cobre que pudo haber estado relacionada con el
emplazamiento de la SVMB.
204
EDAD y GEOQUIMICA ISOTÓPICA RB-SR DEL YACIMIEIfl"O DE COBRE MAIfl"OS Bl.J.NCOS: REL.A:IÓN TEMPORAL
oo.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo es una contribución al proyecto
PICG No. 342 'Age and Isotopes of South American
Ores'. Los autores agradecen al personal del Centro
de Pesquisas Geocronológicas de San Pablo, Brasil,
por la ayuda recibida durante el análisis de las
muestras. A los colegas de Mantos Blancos, Jorge
Pizarro, Andrés Molina, por su ayuda en la recolección de las muestras; a Marcos Zentilli (Universidad
de Dalhouse, Canadá) por sus importantes sugerencias y motivación para escribir este trabajo, a V.
Maksaev (Servicio Nacional Geología y Minería), A.
Puig (Corporación Nacional del Cobre de Chile,
Santiago); K. Kawashita (Instituto de Geociencias de
San Pablo) y R. Sillitoe, quienes hicieron valiosas
sugerencias que fueron incorporadas al texto. Esta
investigación fue financiada por el proyecto
FONDECYT No. 1240-91 Y el Conselho Nacional de
Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq,
Brasil).
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